高产高效工作面33kV组合开关的设计与试验研究.docx

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高产高效工作面33kV组合开关的设计与试验研究

分类号密级

太原理工大学

工程硕士学位论文

题目高产高效工作面3.3kV组合开关的设计与试验研究

DesignandExperimentResearchonthe3.3kV

CombinedSwitchgearforHighEfficiencyCoalMiningFace

英文并列题目

研究生姓名：

学号：

工程领域：

电气工程

研究方向：

导师姓名：

职称：

教授

论文提交日期：

2007/5授予学位单位：

太原理工大学

地址：

山西·太原

太原理工大学

高产高效工作面3.3kV组合开关的设计与试验研究

摘要

3.3kV供电系统是90年代以后从国外引进的，采用3.3kV供电系统后极大地提高了煤矿井下的生产效率，形成了“一矿一井一面”的生产模式，这正是我国未来煤炭生产的发展趋势。

然而由于我国在这方面的研究起步较晚，目前3.3kV系统的供配电设备全部依赖进口。

从国外进口设备不但价格昂贵，而且配件供货周期长，严重制约着3.3kV高产高效工作面在我国煤炭行业的普及和发展。

因此研究3.3kV组合磁力控制站不仅具有重大的经济价值，而且对于实现产品的国产化具有重要的现实意义。

长期以来，国产煤矿井下电动机综合保护系统，原理简单、可靠性低、稳定性差，电动机烧毁现象时有发生。

针对这种现象，本人参与了“高产高效工作面3.3kV组合开关”的研制工作，开发了工业性能样机，利用该样机进行了工业性试运行，各项性能指标均达到了设计要求，满足煤矿井下国产高压电气设备集控化、智能化的技术要求，主要内容如下：

首先介绍了3.3kV供电系统在国内外煤矿井下的应用和发展，阐述了研究该保护系统的必要性和紧迫性，通过对现有技术条件和国内对3.3kV供电系统的研究现状分析，论证了研究3.3kV组合磁力控制站的可行性，并根据现场的实际要求，提出了整个保护系统的性能指标、保护功能和技术要求，制定了相应的控制策略和控制方法。

根据现场实际情况，提出了能够满足煤矿井下综采工作面驱动电动机工作特性要求的组合开关整体方案。

试验结果表明，该方案设计合理，能够指导系统开发，为工业样机的形成奠定了基础。

根据3.3kV供电系统的运行特点及被控电动机的起动要求，分析了在实际运行过程中可能发生的故障，设计了相应的保护电路，并制定了相应的技术指标。

系统中所设置的保护主要有：

漏电闭锁、漏电保护、短路保护、过载保护、两相短路保护、断相保护和电压保护。

实验结果证明本文所设计的保护原理可行、性能稳定、动作可靠、灵敏度高。

针对井下工作环境恶劣、干扰信号强的特点，设计了组合开关防爆兼本质安全型外壳，保证腔体内元件在正常工作或故障状态下所产生的火花能量均不足以引燃瓦斯爆炸，保障了组合开关的运行安全性。

关键词：

3.3kV供电系统，组合开关，高产高效，防爆

DesignandExperimentResearchonthe3.3kVCombinedSwitchgearforHighEfficiencyCoalMiningFace

Abstract

Theefficiencyofcoalproductionhasbeengreatlyimprovedsince3.3kVdistributionnetworkswasintroducedfromdevelopedcountriesinthe1990s,andanewproductionmodehasbeenformed,i.e.thereisonlyonewellandoneworkingfaceinonecolliery,whichisthedevelopingdirectionofcoalproductioninourcountryinthefuture.However,itisstillbackwardintheresearchfieldof3.3kVpowersupplyequipmentinourcountrysothatalloftheelectricalequipmentin3.3kVundergrounddistributionnetworksaremainlyimportedfromdevelopedcountries.Itisquiteevidentthatitisveryimportantandurgenttodevelopthemeasurementandcontrolsystemofthecombinedmagneticswitchgearsusedin3.3kVundergrounddistributionnetworks.

Therehavebeenmanyproblemssuchassimpleprotectiveprinciple,lowerreliabilityandworsestabilityinmotorprotectionsystemsatalongtime,sothatthephenomenonresultedinmotorsburnedoutishappenedfrequently.Accordingtothesituation,itisnecessarytotakethe3.3kVminingflameproofintelligentcombinedswitchgearastheresearchprojectinthisthesis.Thesamplesystemforindustrialapplicationhasbeenmanufactured.Thetestingworkshavebeendonewiththesampleandthesatisfiedresultshavebeenachievedasfollowing:

Firstofall,thedevelopmentandtheapplicationof3.3kVdistributionnetworksinundergroundathomeandabroadarereviewed,thenecessityandexigencytodevelopthemeasurementandcontrolsystemarealsointroduced.Ithasbeenprovedbytheinvestigationandanalysisinthefieldthatitisfeasibletodevelopthe3.3kVflameproofcombinedvacuumswitchgearintechnologyandengineering.Theprotectivefunctionsandtechnicalspecificationsofthemeasurementandcontrolsystemareputforward,andthecontrolstrategiesandmethodsbyMCUarealsodrawnupaccordingtothefieldrequirements.

Accordingtothefieldrequirements,thegeneralschemeofmeasurementandcontrolsystemofcombinedswitchgearisproposedwhichcanmeettherequirementsofmotorswhichareusedfordrivingtheoperatingpropertiesinstalledinunderground.IthasbeenshownbyexperimentresultsthattheschemeisreasonablesoastodevelopLCC,whichlaysafoundationtoestablishthesamplesystemforindustrialapplication.

Theelectricalfaultsoccurredinundergroundpowersystemnetworksareanalyzedaccordingtothespecificationsof3.3kVdistributionnetworksandthestartrequirementsofasynchronousmotors.Theprotectioncircuitsaredesignedandthetechnicalspecificationsareestablishedbasedondifferentelectricalcharacteristics.Themainprotectivefunctionsinthemeasurementandcontrolsysteminclude:

earthleakagelockout,earthleakage,symmetricshortcircuit,overload,asymmetricshortcircuit,onephaseopen,over-voltageandunder-voltage.Alltheprotectivecircuitsdesignedinthispaperhavebeentestedandtheresultsshowthattheprotectivecircuitsarefeasibleintheory,stableinperformance,reliableinactionandsensitivetoelectricalfaults.

Onthebasisofactualsituationsofunderground3.3kVdistributionnetworks,Exploderisolatorandintrinsicalsafetyshellhasbeendesigned.Theshellcanprotectedtheinnercomponentworking,inordertoprotectthecombinedswitchgearworkingsafety.

Keywords:

3.3kVdistributionnetwork，CombinedSwitchgear，HighEfficiencyCoalMiningFace，Exploderarrester

第一章绪论

1.13.3kV供电系统在井下的应用

随着现代科学技术的飞速发展和煤炭生产效率的不断提高，采煤工作面单台装机容量也越来越高。

目前，现代化矿井大多采用一矿一井一面的生产模式，客观上要求采煤设备运行时间更长，出煤速度更快，且能